Şeker pancarı genomunda ekspansin genlerinin biyoinformatik yöntemler ile karakterizasyonu

Abstract

Ekspansin proteinleri ilk olarak 1992 yılında salatalıkta keşfedilmiş ve daha sonraki yıllarda bitkiler aleminin tüm dallarında ve bazı mikroorganizmalarda da bulunduğu ortaya çıkarılmıştır. Ekspansin gen ailesi EXPA, EXPB, EXLA ve EXLB olmak üzere dört alt sınıfa ayrılmıştır. Ekspansin proteinleri hücre duvarı genişleme süreçlerine aracılık etmektedir. Ekspansin proteinleri, özellikle hücre duvarı polimerlerini polisakkarit moleküllerinden bitki hücre duvarına kaydırma kabiliyetleri ve hücre duvarının yeniden şekillenmesine katkıları nedeniyle bitkiler üzerinde önemli biyolojik rollere sahiptirler. Günümüzde ekspansin genleri, çimlenmeden meyve vermeye kadar tüm aşamalarda bitki gelişiminde önemli faktörler olarak görülmektedir. Bitkilerde ekspansin genleri ile ilgili birçok çalışma olmasına rağmen, tam genom dizisi belirlenen şeker pancarında ekspansin genlerinin karakterizasyonu üzerine yapılan bu çalışma ilk olma özelliği taşımaktadır. Şeker pancarı (Beta vulgaris L.) genomunda 31 ekspansin geni tanımlanmıştır ve BvuEXPA-01-BvuEXPA-19, BvuEXPB-01 ve BvuEXPB 02, BvuEXLA-01-BvuEXLA-07 ve BvuEXLB-01-BvuEXLB-03 olarak şeker pancarı kromozomları üzerindeki konumlarına göre adlandırılmışlardır. Tüm BvuEXP genlerinin intron içerdiği ve filogenetik ağaca dayanılarak ekspansin ailesi proteinlerinin dört ana sınıfa ayrıldığı belirlenmiştir. miRNA analizi, sıklıkla 3 ekspansin geninin toplam 40 farklı miRNA tarafından hedeflendiğini, özellikle miR478 ve miR390'ın farklı miRNA'ların içerisinde en bol olanlar olduğunu göstermiştir. Şeker pancarı ekspansin genleri arasında, 72 adet tandem duplikasyon ve 268 adet segmental duplikasyon gözlenmiştir. Diğer organizmalardaki ekspansin gen ortologlarına bakıldığında ise en fazla ortolog gen Arabidopsis ile gözlenmiş, bunu ise çeltik, mısır ve kavak genleri izlemiştir. Mısır ekspansin genleri, 350 Milyon yıl önce (Myö) ile şeker pancarı ekspansin genlerinden en erken ayrılan genler olurken, bunu sırasıyla 338, 211 ve 178 Myö ortalama ayrılma oranları ile çeltik, Arabidopsis ve kavak genleri izlemiştir. Ekspansin proteinlerinin ontolojisi de incelenmiş ve bitki hücrelerindeki tahmini biyolojik rolleri belirlenmiştir. Bunun yanı sıra, ekspansin proteinlerinin tahmini 3 boyutlu yapılarında β tabaka yapılarının baskın yapı olduğu gözlenmiştir. Çalışma verilerinin, şeker pancarında ekspansin genlerinin daha ileri seviyede araştırılmasına, şeker içeriği ile bitki biyokütlesinin arttırılması ve biyolojik strese karşı direnç sağlamak için bitki özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla yapılacak çalışmalara katkı sağlayabilir nitelikte olduğu düşünülmektedir.